Wendelstein 7-X schlägt Tokamaks bei langer Plasmadauer

Neunzig gefrorene Wasserstoffpellets, abgefeuert in ein 30 Millionen Grad heißes Plasma: Die Pellet-Injektionsanlage des Oak Ridge National Laboratory war der entscheidende Baustein. Sie ermöglichte am 22. Mai 2025 eine 43-sekündige Plasmaentladung, bei der Greifswalder Stellarator Wendelstein 7-X Tokamak-Reaktoren erstmals beim kraftwerkstypisch langen Betrieb übertraf. Die formale Analyse, jetzt in der Fachzeitschrift Nuclear Fusion veröffentlicht, zeigt, wie knapp der Reaktor an der Schwelle zur Kraftwerksrelevanz kratzt.

Was ist das eigentlich: Stellarator gegen Tokamak

Kernfusion braucht Plasma, hocherhitztes, ionisiertes Gas bei Temperaturen von mehr als 30 Millionen Grad, das magnetisch so lange eingeschlossen wird, dass Fusionsreaktionen mehr Energie abgeben als zugeführt wird. Seit den 1950er Jahren konkurrieren zwei grundlegend verschiedene Bauarten darum, das zu leisten.

Der Tokamak, dessen bekannteste Vertreter JET in Großbritannien und JT-60SA in Japan sind, setzt auf einen donutförmigen Behälter und einen induzierten elektrischen Strom im Plasma, der einen Teil des einschließenden Magnetfelds miterzeugt. Diese Konstruktion erreicht hohe Spitzenwerte, hat aber einen systemischen Nachteil: Der induzierte Plasmastrom muss regelmäßig neu gestartet werden, was Tokamaks in den Pulsbetrieb zwingt. Ein kommerzielles Kraftwerk müsste kontinuierlich laufen.

Der Stellarator, für den Wendelstein 7-X das weltgrößte Exemplar ist, verzichtet vollständig auf den Plasmastrom. Die gesamte Magnetfeldstruktur wird durch komplex verdrillte äußere Spulen erzeugt. Diese Bauweise ermöglicht theoretisch dauerstabileren Betrieb, blieb praktisch aber jahrzehntelang schwächer in der zentralen Messgröße der Fusionsforschung: dem sogenannten Tripelprodukt.

Das Tripelprodukt kombiniert Plasmadichte, Temperatur und Energieeinschlusszeit zu einer einzigen Kennzahl. Je höher der Wert, desto näher an den Bedingungen, bei denen ein Fusionskraftwerk mehr Energie produzieren als verbrauchen würde. Beim Tripelprodukt dominierten Tokamaks, aber nur für kurze Entladungszeiten. Daran hat sich seit Jahrzehnten nichts geändert. Bis zum 22. Mai 2025.

Der Rekord: 43 Sekunden und 1,8 Gigajoule

Am letzten Tag der Experimentphase OP2.3 hielt Wendelstein 7-X über eine Plasmaentladung von 43 Sekunden ein Tripelprodukt aufrecht, das erstmals alle bekannten Tokamak-Werte bei vergleichbar langen Entladungszeiten übertraf. Das Plasma erreichte dabei 30 Millionen Grad Celsius, zehn Gyrotron-Generatoren lieferten zehn Megawatt Heizleistung.

Ermöglicht hat den Durchbruch eine neuartige Pellet-Injektionsanlage des Oak Ridge National Laboratory (ORNL), einem Labor des US-amerikanischen Energieministeriums. Das Gerät schießt zylindrische Pellets aus gefrorenem Wasserstoff mit drei Millimetern Durchmesser und einer Geschwindigkeit von 300 bis 800 Metern pro Sekunde ins Plasma. Während der 43-sekündigen Rekordentladung injizierte die Anlage 90 dieser Pellets in kurzen Abständen. Das löste das härteste technische Problem von Stellaratoren: die kontinuierliche Brennstoffzufuhr über lange Betriebsphasen. Frühere Injektoren schafften maximal zehn bis fünfzehn Pellets pro Experiment.

Parallel steigerte das Experiment die kumulierte Energieabgabe auf 1,8 Gigajoule bei 360 Sekunden Plasmabetrieb, verglichen mit dem bisherigen Rekord von 1,3 Gigajoule aus dem Februar 2023. Thomas Klinger, Projektleiter am IPP Greifswald, sprach von einem „gewaltigen Erfolg des internationalen Teams", das eindrucksvoll das Potenzial von Wendelstein 7-X zeige. Das Tripelprodukt auf Tokamak-Niveau zu heben, sei „ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einem kraftwerkstauglichen Stellarator".

Startups, Politik und die noch offene Hürde

Die Greifswalder Ergebnisse kamen zu einem politisch günstigen Zeitpunkt. Am 26. Februar 2026 unterzeichneten das Bayerische Staatsministerium, das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, der Energieversorger RWE und das Fusionsstartup Proxima Fusion eine Absichtserklärung für den Bau eines Demonstrationsreaktors namens „Alpha" und einer möglichen Pilotanlage „Stellaris" in Bayern. Proxima Fusion plant, Alpha bis 2031 fertigzustellen und in den 2030er Jahren Strom ins Netz einzuspeisen. Das Konzept baut direkt auf den Betriebserfahrungen von Wendelstein 7-X auf. Der Koalitionsvertrag der Bundesregierung hält fest, der erste kommerzielle Fusionsreaktor der Welt solle in Deutschland entstehen.

Ob der Zeitplan realistisch ist, bleibt offen. Wendelstein 7-X hat eine kritische Kraftwerksschwelle noch nicht erreicht: Das Verhältnis von Plasmadruck zu Magnetdruck lag im Rekordexperiment bei drei Prozent über das gesamte Plasmavolumen. Für ein kommerzielles Kraftwerk werden vier bis fünf Prozent benötigt. Die Lücke hat sich verkleinert, aber sie ist noch offen.

Das zeigt auch, warum das internationale ITER-Projekt im südfranzösischen Cadarache, ein Tokamak mit rund 22 Milliarden Euro Gesamtbudget und damit das größte einzelne Fusionsexperiment der Welt, nach wie vor als zentrales Projekt der globalen Fusionsforschung gilt. ITER soll ab Mitte der 2030er Jahre Plasmabetrieb aufnehmen, das Nachfolgesystem DEMO in den 2040er Jahren erstmals Strom ins Netz einspeisen. Der Durchbruch von Wendelstein 7-X ändert die Gewichtsverteilung in der Fusionsforschung, verdrängt aber nicht die jahrzehntelange Infrastruktur des Tokamak-Ansatzes.

OP2.4 startet im August: Das Ziel sind vier Prozent

Im August 2026 nimmt Wendelstein 7-X nach einjähriger Wartungsphase den Betrieb wieder auf. Die Zeit wurde genutzt, um Heizsysteme, Magnetspulen und rund 50 Plasmadiagnostiksysteme zu erweitern und zu verbessern. Das erklärte wissenschaftliche Ziel der Experimentphase OP2.4 ist es, das Verhältnis von Plasmadruck zu Magnetdruck auf die kritischen vier Prozent zu treiben, die Grenze, ab der Bedingungen als kraftwerksrelevant gelten.

Gelingt das, hätte Wendelstein 7-X einen zweiten historischen Schwellenwert erreicht und die wissenschaftliche Grundlage für Project Alpha in Bayern erheblich gefestigt. Das Max-Planck-Institut plant parallel einen Nachfolge-Forschungsreaktor, der eine Größenordnung leistungsfähiger sein soll und dessen Designoptimierungen direkt auf den Erkenntnissen aus Wendelstein 7-X aufbauen. Eine Entscheidung über Standort und Finanzierung steht noch aus. Wendelstein 7-X hat gezeigt, dass der Weg zu einem Fusionskraftwerk nicht zwingend durch einen Tokamak führen muss. Den Beweis der Kraftwerkstauglichkeit muss die nächste Generation erst noch erbringen.